孫婉香

廈門中建東北設(shè)計(jì)院有限公司（361000）

某酒店熱回收冷水機(jī)組技術(shù)應(yīng)用分析

孫婉香

廈門中建東北設(shè)計(jì)院有限公司（361000）

對(duì)某酒店采用空調(diào)的冷凝熱以及熱回收技術(shù)進(jìn)行探討，通過多個(gè)方案比選分析。最終分析結(jié)果顯示，采用這一技術(shù)無論是在經(jīng)濟(jì)效益還是運(yùn)行費(fèi)用方面，都是可行的。希望能給同行參考借鑒。

酒店；熱回收；經(jīng)濟(jì)性

1 工程概況

某酒店位于莆田市某道路交叉處，該項(xiàng)目定位為四星級(jí)大酒店，建筑總面積約為38 000 m2，地上部分面積29 000 m2，其功能為餐飲、客房、KTV等。酒店的冷源設(shè)計(jì)選的是3臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組，單臺(tái)制冷量為1 336 kW,其中1臺(tái)選用帶顯熱回收型單冷凝器熱回收機(jī)組。該項(xiàng)目的熱源采用2臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t，作為冬季空調(diào)及生活熱水的熱源。

由于業(yè)主方不同意熱回收機(jī)組所回收的熱水直接接入生活熱水管網(wǎng)，因此，該工程擬采用的方案為將經(jīng)過冷凝器的循環(huán)水通過板式換熱器預(yù)熱生活熱水的補(bǔ)水，若出水水溫達(dá)不到55℃，則由燃?xì)鉄崴仩t通過容積式換熱器補(bǔ)充加熱。

2 水冷冷水機(jī)組熱回收模式

2.1 分體串聯(lián)模式

在壓縮機(jī)和冷凝器之間增加一個(gè)熱回收冷凝器。這種模式是顯熱回收，也稱部分熱回收。從壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑先通過熱回收冷凝器，經(jīng)一次換熱后再進(jìn)入常規(guī)冷凝器。熱回收冷凝器將部分熱量傳遞給生活熱水，其余的熱量則由常規(guī)冷凝器傳遞給冷卻水，再通過冷卻塔釋放到環(huán)境中。其特點(diǎn)是:1）熱回收率不太高，一般在8%～15%之間；2）熱回收溫度比較高，一般為55～60℃，同時(shí)對(duì)冷水機(jī)組運(yùn)行效率影響較小，但回收率及回收的熱水溫度過高同樣會(huì)降低其性能系數(shù)COP；3）與常規(guī)機(jī)組相比，機(jī)器成本增加比較少。此類機(jī)型應(yīng)用相對(duì)較少。

2.2 分體并聯(lián)模式

這種模式也稱全熱回收。從壓縮機(jī)排出的高溫高壓的制冷劑氣體，分別進(jìn)出常規(guī)冷凝器或熱回收冷凝器。在常規(guī)冷凝器中，熱量傳遞給冷卻水，再通過冷卻塔釋放到環(huán)境中；在熱回收冷凝器中，熱量回收用于生活熱水供應(yīng)。其特點(diǎn)是:熱回收率比較高，熱水回收溫度通常控制在55～60℃，但兩組冷凝器不能同時(shí)運(yùn)行。夏季運(yùn)行時(shí)可以做到不使用或使用很少的鍋爐熱量就能滿足生活熱水的供熱需要，但與常規(guī)機(jī)組相比，制冷機(jī)及系統(tǒng)的造價(jià)增加比較大。

2.3 單冷凝器模式

這種模式與分體并聯(lián)模式一樣，是潛熱回收或全熱回收。只設(shè)一個(gè)冷凝器，內(nèi)有兩組并聯(lián)的冷卻水盤管,其中一組盤管可以將熱量傳遞給冷卻水，再通過冷卻塔釋放到環(huán)境中；另一組盤管可以將熱量回收用于生活熱水供應(yīng)。其熱水回收溫度一般為37～60℃，熱回收率控制在10%～100%之間。若熱回收熱量使用不穩(wěn)定,應(yīng)在冷卻塔盤管側(cè)考慮100%的冷卻能力，以保證機(jī)組正常運(yùn)行。該類型熱回收系統(tǒng)相對(duì)簡單，造價(jià)增加也相對(duì)較少。

3 該項(xiàng)目建議采用的熱回收方式

分體串聯(lián)模式的回收率較小，與該項(xiàng)目希望回收的熱量有較大差距，且目前該類機(jī)組的生產(chǎn)廠家相對(duì)較少；分體并聯(lián)模式機(jī)型的生產(chǎn)廠家也較少,不利于招標(biāo)競爭；單冷凝器模式的機(jī)型為目前各生產(chǎn)廠家的通用產(chǎn)品，該項(xiàng)目的酒店管理公司已建成使用項(xiàng)目中也是采用這種模式，同時(shí)該系統(tǒng)及其控制相對(duì)簡單，故本次方案比選采用的是這種模式。調(diào)查表明，酒店在滿足空調(diào)負(fù)荷要求時(shí)，15%的熱回收量已足夠，同時(shí)以保證主機(jī)性能為前提，最后確定選用單冷凝器部分熱回收機(jī)組。

表1 幾種熱回收出水溫度下的參數(shù)比較

圖1 冷水機(jī)組熱回收系統(tǒng)圖

表2 YSEXEXS45CJE型螺桿式熱回收機(jī)組

設(shè)計(jì)熱回收的初衷是為了節(jié)約能源，那么就應(yīng)關(guān)注熱回收所得熱水溫度對(duì)冷水機(jī)組性能的影響。由廠家提供的表1可知，冷卻水溫提高1℃大約會(huì)導(dǎo)致主機(jī)效率下降3%。所以，我們一定要在回收熱水溫度和主機(jī)效率之間做一個(gè)權(quán)衡。經(jīng)過對(duì)比廠家提供的幾種熱回收出水溫度下的能耗，本次設(shè)計(jì)將理想回收水溫控制在45℃左右，再由燃?xì)忮仩t輔助加熱到55℃以滿足生活熱水要求。

不管是哪種方案，由于回收的熱量是用于預(yù)熱生活熱水,而這部分熱量的使用量是不穩(wěn)定的，所以若要保持機(jī)組在熱回收工況穩(wěn)定運(yùn)行，需要設(shè)置蓄熱水箱，以儲(chǔ)存冷凝器輸出的熱水，在蓄熱水箱中使水溫逐步升高。該工程預(yù)計(jì)設(shè)置1臺(tái)60 m3（5 m× 4 m×3 m）的水箱，此時(shí)，水箱溫度達(dá)到45℃以上時(shí),熱回收機(jī)組關(guān)閉,仍可維持預(yù)熱生活熱水約2 h。

4 經(jīng)濟(jì)性比較

4.1 方案比較的條件

在夏熱冬暖地區(qū)，夏季空調(diào)期較長，經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能型更為明顯,根據(jù)給排水專業(yè)提供的資料，熱水供水溫度為55℃,夏季冷水平均溫度為23℃，生活熱水最高日用水量為130 m3/d，平均日用水量為130 m3/d，天然氣熱值為34.7MJ／m3，天然氣價(jià)為4元／m3，電價(jià)為1元／（kW·h）。

4.2 采用熱回收工況及無熱回收工況各項(xiàng)參數(shù)及費(fèi)用比較

因冬季工況下，制冷機(jī)房設(shè)有冷卻水免費(fèi)供冷系統(tǒng)，無需開啟冷水機(jī)組，所以只按夏季，生活熱水需求量按大的工況來分析。忽略室外濕球溫度變化所造成的冷卻水溫度變化而引起的冷水機(jī)組COP的變化。只考慮常規(guī)熱回收型螺桿機(jī)組COP的變化,其水泵輸送能耗均認(rèn)為是一樣的，只是增加1臺(tái)水泵向預(yù)熱板式換熱器供水。

選用YSEXEXS45CJE型螺桿式冷凝器熱回收機(jī)組，該型機(jī)組熱回收冷凝器的進(jìn)出水溫設(shè)定為37℃／45℃，機(jī)組的性能參數(shù)見表2。

表3 空調(diào)季節(jié)熱水費(fèi)用比較

5 結(jié)語

1）單冷凝器模式方案采用熱回收型機(jī)組,相對(duì)于采用冷水機(jī)組加鍋爐的形式有較好的節(jié)能和節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用的效果，特別是在空調(diào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較長的情況下,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用顯著,每天可節(jié)省約973.5元。

該型熱回收機(jī)組價(jià)格約為65萬元,而該規(guī)格的普通螺桿機(jī)組價(jià)格約為60萬元，差價(jià)為5萬元。增加的1個(gè)60 m3蓄熱水箱按5萬元估價(jià)，2臺(tái)水泵約4萬元，管道閥門、控制設(shè)備等約12萬，共計(jì)增加造價(jià)約26萬元。由表3可知，空調(diào)季節(jié)熱回收機(jī)組平均每天滿負(fù)荷開機(jī)14.89 h,即可將所需的熱水量由23℃加熱到45℃，空調(diào)期按5～10月共計(jì)184 d計(jì)算全年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約17.9萬元，1.45年左右就可收回增加的投資。若冷水機(jī)組全年運(yùn)行天數(shù)增加，則投資回收時(shí)間相應(yīng)縮短（該部分增加的成本未考慮因設(shè)置蓄熱水箱所占用面積帶來的經(jīng)濟(jì)損失）。

2）通過比較不難發(fā)現(xiàn)，雖然提高回收熱水的溫度可以在輔助加熱這個(gè)環(huán)節(jié)上省掉一些能量，但是由于提高回收熱水溫度導(dǎo)致冷水主機(jī)能耗提高帶來的損失更大。所以從整個(gè)系統(tǒng)的能耗上講，過高的回收水溫對(duì)用戶節(jié)能并不是好事，這也是本次設(shè)計(jì)將理想回收水溫控制在45℃左右的主要原因。

3）在酒店工程中生活熱水負(fù)荷與空調(diào)總冷負(fù)荷差值較大，冷凝熱回收用于生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要以空調(diào)制冷為主，余熱回收為輔，在不影響機(jī)組制冷性能的前提下，盡可能提高熱回收量。

單冷凝器模式方案中該類型機(jī)組冷卻水溫可在規(guī)定范圍內(nèi)再設(shè)定，因此建議在生活熱水補(bǔ)水管上設(shè)置自動(dòng)流量記錄裝置，掌握酒店各季節(jié)、各時(shí)段的生活加熱用水補(bǔ)水量的波動(dòng)情況，然后根據(jù)這些情況制定出一個(gè)優(yōu)化的熱回收運(yùn)行策略，以達(dá)到最佳的節(jié)能、節(jié)省費(fèi)用效果。

4）設(shè)置1臺(tái)蓄熱水箱，雖然會(huì)占用一定的面積和增加造價(jià)，但對(duì)于熱回收機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行是必要的。

5）建議業(yè)主組織參觀考察運(yùn)用熱回收機(jī)組的案例，吸取他人使用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以便在該工程中更好地使用。

[1]楊洪濤.熱回收技術(shù)及其在冷水機(jī)組上的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)計(jì),2009(03).

[2]葛亞飛,王志毅,鄒國良.冷水機(jī)組熱回收系統(tǒng)節(jié)能分析[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械,2010(02).

[3]康松,朱絢麗,王勝.冷水機(jī)組熱回收技術(shù)應(yīng)用展望[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào),2010(03).